회전 된 코어를 사용 하 여 일반적인 Mycorrhizal 네트워크를 통해 상호 작용 식물의 조사

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Summary

가능성이 커뮤니티 내에서 대부분의 식물은 arbuscular 균 류 (오전) mycorrhizal, 연결 되어 있지만 식물 상호 작용 그들에 의해의 중재 없이 mycorrhizas 대와 식물 성장에 의해 주로 조사 되었습니다. 우리는 공장 상호 작용에 대 한 그들의 결과 조사 하는 mycorrhizal 식물 중 일반적인 mycorrhizal 네트워크를 조작 하는 방법을 제시.

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Weremijewicz, J., Janos, D. P. Investigation of Plant Interactions Across Common Mycorrhizal Networks Using Rotated Cores. J. Vis. Exp. (145), e59338, doi:10.3791/59338 (2019).

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Abstract

Arbuscular (오전) mycorrhizal 균 류 식물 무기물 양분 통풍 관 및 성장에 영향을 미칠, 따라서, 그들은 식물 상호 작용에 영향을 미칠 가능성이 있다. 그들의 영향의 힘은 영양소 고갈 영역 넘어 확산 extraradical 사체 발견 궁극적으로 일반적인 mycorrhizal 네트워크 (CMN) 내에서 개인을 상호 연결 하는 뿌리 근처. 그러나, 대부분 실험에는 mycorrhizal 균 류, 메서드를 명시적으로 해결할 CMNs의 역할을 하지 않고 대와 식물 성장 식물 상호 작용에서 오전 버섯의 역할을 조사 있다. 여기, 우리 CMNs 식물 상호 작용에 있는 그들의 역할을 조사 하기 위해 조작 하는 방법을 제안 합니다. 우리의 방법은 원뿔 바닥 나일론 메쉬 또는 소수 성 소재 슬롯된 구멍, 15N 비료 및 양분 가난한 중간 모래와 수정 된 컨테이너를 사용 합니다. CMNs 하나 남아 그대로 개인 사이 상호 작용, 컨테이너의 회전에 의해 절단 또는 단단한 방 벽에 의해 형성에서 방지. 우리의 연구 결과 컨테이너 회전 CMNs 고 CMNs 걸쳐 식물 상호 작용에 미치는 영향을 방지 하기에 충분 한는 것이 좋습니다. 우리의 접근 방식은 이미 설립된 CMNs 및 다양 한 혜택을 제공할 수 있습니다 오전 버섯 제품군의 사용에 묘 등 자연의 측면을 모방 하기 때문에 유리 하다. 우리의 실험은 식물 모 종 단계에서 조사 하 고, 비록 CMNs 걸쳐 식물 상호 작용 생태계에서 CMNs의 기능에 대 한 생물 학적 질문 조사에 적용 될 수 있는 우리의 접근을 사용 하 여 검색할 수 있습니다.

Introduction

Mycorrhizal (오전) Arbuscular 균 460 백만 년 전 땅의 식민에 식물 도움1 오늘, 그들은 대부분 식물2, 성장을 위한 중요 한 미네랄 영양소 들을 제공 유비 쿼터 스 symbionts. 오전 버섯의 얇은, 실 같은 균 뿌리, 자주 발생 하 고 이웃 "일반적인 mycorrhizal 네트워크"에서 식물의 루트 시스템을 정착 근처 영양소 고갈 영역 넘어 미네랄 영양소에 대 한 마 초 (CMN). 곰 팡이 germlings 조인 설립 네트워크3또는 융합 때 균 오전 때 일반적인 mycorrhizal 네트워크도 형성할 수 있습니다 (anastomose) conspecific 균4,5,,67. 토양에 이러한 extraradical 균의 범위는 거 대 한, 대초원 그리고 목초지 토양8 평온한 초원9에서에서 111 m·cm-3 에 대 한 스트레칭에서 총 토양 미생물 바이오 매스의 20% ~ 30%를 구성 하는 extraradical 균 .

일반적인 mycorrhizal 네트워크 상호 인접 식물10,11,,1213중 미네랄 영양소 파티션. 식물을 받을 수 있습니다 그들의 인의 80% 및 25%의 탄소에 곰 팡이를 고정 하는 그들의 합계의 20%까지 제공 하면서 오전 버섯에서 질소 요구 사항 그들의14를 반환. 최근 생체 외에서 루트 기관 문화 일 CMNs 우선적으로 대부분 탄소12의 버섯11,제공 하는 호스트 뿌리와 미네랄 영양소를 교환 하는 발견 했다. 또한, 오전 버섯의 종이 다 수 있습니다 그들의 품질에 교환 하는 다른 사람 보다 더 적은 탄소에 대 한 더 많은 인 일부 균 류와 공생 파트너로15. 루트 기관 문화는 그들은 신중 하 게 통제 환경 및 hyphal 상호를 직접 관찰 하는 능력을 제시 하기 때문에 오전 공생을 공부에 대 한 유익한 모델, photosynthesizing 촬영에 영향을 미치는 포함 되지 않습니다. 광합성, 증발, 일주 변경 등 중요 한 생리 적 프로세스, 뿐만 아니라 창설 탄소와 미네랄 영양소 싱크.

실제로, 묘 가장 가능성이 이미 설립된 CMNs 활용할 것입니다. 그러나 최근까지,, 과학자는만 조사 식물 영양에 오전 버섯의 영향 오전 곰 팡이의 단일 종으로 종종 오전 버섯 없이 식물을 성장 하 여. 이 작업 arbuscular mycorrhizas의 우리의 이해에 대단히 유익 하고있다, 비록이 방법은 CMNs 상호 호스트 식물 사이 상호 작용에 있을 수 있습니다 잠재적으로 중요 한 역할을 간과. 특히, 식물 성장 위한 오전 곰 팡이에 매우 의존 하 작용 최소한 오전 버섯16,17, 오전 균 중재 상호 작용 기준선에 대 한 '컨트롤'로 사용 될 때의 우리의 해석 가능 하 게 혼동 없이 참조입니다.

우리는 공장 상호 작용 및 인구 구조 CMNs의 역할의 조사에 대 한 회전 코어 접근을 제안합니다. 우리의 접근 방식은 전체 식물 조인 설정 CMNs 및 모든 식물 오전 버섯을 재배 하기 때문에 오전 공생 자연에서의 구성 요소를 모방 합니다. 루트 상호 작용을 제거 하 여 우리의 방법론은 특별히 CMNs 내의 미네랄 영양소 운동을 추적 하는 동안 오전 곰 팡이 의해 중재 상호 작용에 집중 한다. 사용 회전된 코어 필드와 온실에서 오전 현실적으로 기능을 이해 하는 이전 작업을 바탕으로 우리의 접근 합니다.

회전된 코어 메서드는 extraradical 균18,,1920,21, 조작 하는 방법으로 문학에 설립 되었습니다 그리고 그것에 그것의 목적에 따라 여러 reincarnations 했다 지난 2 년간. 처음에, 메쉬 가방 또는 균의 성장을 허용 하는 장벽을 루트 무료 구획 토양22,23arbuscular mycorrhizal 균의 양을 계량을 제공 하는 데 사용 했다. 다음, 경직 된 수도 관 또는 플라스틱 튜브 균만 하지 뿌리, 나일론 메쉬 꿰 뚫을 수에 적용 하는 슬롯에 토양의 원통형 코어 개발 되었다. 이들은 쉽게 extraradical 사체18,,2425방해 회전할 수 있습니다. 회전된 코어 식물, 사이 배치 했다 그리고 토양18, 13C 용 extraradical 사체24, 또는 인 통풍 관 식물 무료 코어에서의 그램 당 토양 hyphal 길이 정량된18를 했다. 이러한 코어의 또 다른 사용 오전 곰 팡이 살 균 또는 살 균 제, 둘 다 유기 토양에 간접 영향을 미칠의 응용 프로그램을 자주 hyphal 중단을 통해 뿌리의 식민지를 필드에 그 안에 식물을 성장 하는 물질과 다른 미생물18

Hyphal 메쉬 방 벽 접근 영양소 분할 조사 CMNs, 걸쳐 하지만 직사각형 microcosms 보다 회전된 코어와 상호 작용을 식물에 사용 되었습니다. Walder 외.26 탄소 교환 CMNs 오전 버섯 Rhizophagus의의 동위 원소를 사용 하 여 미네랄 영양소를 추적 하 여 눔 usitatissimum (아마)와 당 밀 색 (사탕수수) 간의 상호 작용을 조사 irregularis 또는 Funneliformis mosseae26. 구분 하 여 그들의 연구 구성 식물 구획에 microcosms 메쉬 hyphal 격실 mycorrhizal 균에만 액세스할 수 장벽과 방사성 및 안정 동위 원소를 포함 레이블이 hyphal 격실. 컨트롤 연구는 mycorrhizal 균 류 없이 치료를 사용합니다. 노래 외.27 그 식물 신호 때 한 식물 곰 팡이 병원 균에 의해 감염 되었다 F. mosseae 의 설립된 CMNs 가운데만 실시 될 수를 찾으려고 비슷한 접근 방식을 사용. 또한, 마찬가지로 Walder 외.26,28 구분 하 여 개별 구획에 식물을 성장 하는 Merrild 외. 메시를 큰 쿠쿠미스 CMNs 여 연결할 지속의 총칭 lycopersicum (토마토) 묘의 플랜트 성능 조사 sativus (오이) 식물 풍부한 탄소 소스를 나타내는. 그들은 또한 CMNs28severing 대신 mycorrhizal 균 류 없이 치료에 사용. 두 번째, 관련 실험에서 탄소 인 exchange에 대 한 메쉬 가방 32P. Microcosms hyphal 메쉬 장벽으로 표시를 사용 하 여 시험 되었다 및 치료로 severing CMN Janos 외.29, 경쟁력 조사에 의해 사용 되었다 사바나 나무 종 유 칼 리 나무 tetrodonta 의 묘와 비 숲 나무, Litsea glutinosa의 이식 간의 상호작용 그 연구, Janos 외.29 해제 묘 몇 센티미터, 슬라이딩 hyphal 상호29를 서로 대 한 메시의 레이어를 포함 하는 구획.

회전 된 핵심 방법의 진화의 마지막 단계 냄비 또는 microcosms20,30는 코어 안에 식물을 성장 하고있다. Wyss30 기증자 또는 '간호사' 오전 주 식물, Tamarindus indica, ectomycorrhizal의 방법 extraradical 균 사체에서 퍼지면서 extraradical 오전 사체가 Pinus elliottii 묘를 식민지 수 경우 확인 하려면 회전된 코어 사용 버섯 모 종 성능 영향. 대형 상업 관 경종 컨테이너 (자료 테이블) microcosms 어느 단단한 플라스틱 (CMNs) 또는 이룰 되었고 소수 성 막으로 덮여. 관통형된 경종 컨테이너 중 하지 회전된 (그대로 CMNs) 또는 설립된 CMNs 회전 코어 크기 Babikova 외20 belowground 얼 중 CMNs 통해 신호 조사에 사용한 다른 메쉬 배리어를 끊을 수 회전 faba (콩) 식물. 그들의 연구에서 30 cm 직경 mesocosms에서 중앙 기증자 식물 뿌리와 균 (방 벽) 또는 CMNs 40 μ m 메쉬를 통해 상호 했다. 메쉬 동봉 하는 코어의 회전을 통해 이웃 식물 상호 작용에서 중앙 식물 절단 했다 또는 CMNs 핵심을 둘러싸고 좋은 0.5 μ m 메쉬에 의해 방해 했다.

여기, 우리는 이전 회전 코어 접근 CMNs 안정 동위 원소 추적 함께 직접 식물 상호 작용에 영향을 검사의 측면을 결합 하는 방법 제시. 우리의 방법은 있는 관심의 중앙 식물 이웃 식물에 둘러싸여 '대상 공장' 접근 방식을 사용 합니다. 식물을 이룰 나일론 실크 스크린 메쉬, 소수 성 막으로 덮여 회전 경종 컨테이너 안쪽에 성장 또는 단단한 플라스틱 비 수정. 일반적인 mycorrhizal 네트워크는 일주일에 한 번 절단 또는 그대로 유지 하 고 15N 안정 동위 원소 추적 중앙 대상 공장 이웃 회전된 코어에서 질소의 움직임. 미네랄 영양소 및 안정 동위 원소 흡수와 식물 크기를 비교 하 여 우리는 식물 혜택 또는 호스트 식물 사이 상호 작용에서 CMNs에서 고통 받는 평가 합니다.

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Protocol

1. 건설 및 회전 코어

  1. (이후 라는 '컨테이너'; 상업 관 경종 컨테이너를 수정 자료의 테이블) 있기 위하여 48 cm 길이 구멍 x 폭 19 m m.
    1. 사용 하 여 구멍은 약 1 ㎝ 떨어져 다른 컨테이너 (12.1 c m 길이 x 2.5 cm 직경)의 측면에서 위의 두 구멍 잘라 19 m m 구멍 드릴 프레스 중앙, 파일럿의 트위스트 드릴 없이 보았다. 드릴 프레스에 울타리에 대 한 컨테이너를 누른 시추 하는 동안 장소에 저장할 수 있도록 컨테이너에 맞는 것입니다 짧은 못으로 중단 합니다. 유연한 플라스틱 컨테이너를 사용 하 여 균열을 방지 하기 위해.
    2. (딱딱한 플라스틱 세이버-톱 사용) 대 한가 위, 와이어 커터, 또는 주석 자르는 구멍 사이 플라스틱의 나머지 얇은 조각 잘라 하나 늘어난다 약 2 c m와 5cm 길이 여.
    3. 단계-1.1.1 1.1.2 컨테이너의 반대편에 반복 합니다.
  2. 나일론 메쉬 또는 소수 성 막 (그림 1A) 슬롯을 커버.
    1. 40 μ m 모와 나일론 메쉬 9.5 cm x 8.5 cm 조각으로 잘라. 컨테이너는 많은 조각 잘라.
    2. 외부에서 높은 강도, 산업 뜨거운 접착제를 사용 하 여 직물에 약간의 중복으로 두 구멍을 충당 하기 위해 컨테이너에 나일론 메쉬를 붙입니다.
    3. 물 운동의 예방이 필요한 경우 등 수용 성 영양소 또는 안정 동위 원소를 사용할 때 커버 나일론 메쉬 레이어를 소수 성 막31,32 (자료 테이블) 수 오전에 곰 팡이 균 패스, 하지만 하지 액체 물 및 수증기의 이동만.
    4. 장소 및 나일론 메시의 긴 가장자리를 따라 컨테이너에 입구 주위의 뜨거운 접착제. 불타는 손가락을 피하기 위해 직물에 컨테이너를 롤. 메시에 중복을 가장자리 직물 가장자리를 따라 접착제의 레이어를 추가 합니다. 단단히 밀봉 하 일부 골 판지에 가장자리를 누릅니다. 항상 일관 되 게 될 냄비 또는 microcosms 완성 된 컨테이너의 회전의 같은 방향으로 겹쳐 메쉬 가장자리에 게 잠재적으로 기판에 파고 밀 었 다 하지 있도록 한 방향으로 롤.
    5. 일단 접착제 냉각은, 느슨한 가장자리와 전기의 테이프와 같은 유연한 테이프를 사용 하 여 리핑 방지 하기 위해 컨테이너에 직물의 위쪽과 아래쪽 끝을 테이프.
  3. 1.2.5 단계 에서처럼 동일한 테이프를 사용 하 여 냄비/소의 나머지 부분에는 컨테이너에서 루트 성장을 방지 하기 위해 각 컨테이너의 원뿔 끝 (아니라 바닥의 끝 구멍)의 측면에 작은 구멍을 커버.
  4. 손실을 방지 하기 위해 토양 배수를 제공 하면서, 유리 대리석을 각 컨테이너의 맨 아래에 놓습니다.
  5. CMN 식물 사이 양식에 대 한 모든 가능성을 포함 하지 않는 제어 처리를 위해 단단한, 수정 되지 않은 컨테이너 (그림 1A)를 사용 합니다.

2. 냄비 또는 컨테이너의 원뿔 끝을 맞게 microcosms의 조립

  1. 그렇게 바닥 향하게 컨테이너 고정된 위치에 똑바로 서 있고 적절 한 배수 되도록 냄비를 플립. 세이버-톱을 사용 하 여 지원에 대 한 작은 입술을 떠나, 냄비의 바닥에 주위 잘라.
  2. 폴리스 티 렌 거품의 준비
    1. 폴리스 티 렌 거품, 약 36 m m 두께, bandsaw는을 사용 하 여 원형 절단 지 그와 함께 냄비의 바닥으로 동일한 직경 잘라.
    2. 드릴 구멍 드릴 프레스와 19 m m 구멍을 사용 하 여 폼에 있는 컨테이너 위치 패턴에서 (중앙 트위스트 드릴) 없이 보았다.
    3. 대상 식물 실험에 대 한 개인 그것을 둘러싼 이웃에 대 한 동등 하 게 간격을 둔 구멍 중앙 구멍을 드릴 합니다. 15.5 cm 직경을 가진 남 비에 대 한 공간 6 11 cm 직경 원형 (그림 1B)의 둘레 주위 간격 12mm 구멍.
    4. Hexagonally 또는 소 우주 실험에 대 한 사각형 배열 (그림 1 c, D)에 구멍 배치.

3. 컨테이너의 냄비 토양 및 모래 혼합물으로 작성

  1. 원하는 토양 혼합물을 선택 하 고 있어 균 류 필드 수집 또는 남 비 경작 inoculum 균일 하 게 혼합 하 여 토양을 다진 루트 조각 (1-2 cm 긴) 추가 토양으로 철저 하 게. 원하는 토양 혼합 불 임 실리 카 모래 또는 유리 구슬 미네랄 영양소를의 농도 감소.
  2. 드릴된 거품 또는 축소판 하단에 채워진된 컨테이너를 놓고 불 임 기판 틈새 공간을 채우십시오.
  3. 양분 가난한 실리 카 모래 혼합 작은 공간 작성에 도움을 퍼 널을 사용 하 여 컨테이너 사이의 틈새 공간을 채우십시오. 적절 한 배수를 확인 하 고 토양의 질감을 모방, 중간 입자 크기 모래, 6-20 학년 등 작은 입자 크기 모래, 시멘트 믹서에서 30-65 등급 등을 혼합 한다.

4. 냄비/microcosms 걸쳐 CMNs의 설립

  1. 그들은 컨테이너 중 확산 CMNs 설정할 수 있도록 오전 곰 팡이 유지 하기 위해 각 컨테이너에 원하는 종의 전처리 '간호사' 식물 공장.
  2. 모든 컨테이너는 묘 종 설립, 각 컨테이너에 남아 있다 그 단 한 개인 제거 클리핑에 의해 촬영.
  3. 식물의 성장과 CMN 설립에 대 한 2-3 개월을 수 있습니다.

5입니다. 실험 식물 및 트리 트 먼 트의 설립

  1. 시드 또는 컨테이너에 이식 실험 식물을 뿌린. 시드, 만약 모든 컨테이너 세균된 묘 종 그들의 촬영을 클리핑에 의해 미리 치료 간호사 식물을 제거 하기 전에 때까지 기다립니다. 이식 하는 경우 의도 하지 않은 경쟁 효과 방지 하기 위해 실험적인 묘 종을 이식 하기 전에 사전 처리 모든 클립.
  2. 어느 떠나는 용기 하지 (그대로 CMNs) 실험의 기간에 대 한 이동 또는 그들을 회전 하는 것은 물리적으로 서버 수정된 용기 (절단된 CMNs; 중 확장 균 주간 CMN 치료 설정 그림 1A)입니다. CMNs severing, 실수로 지상 상호 작용, 특히 heliotropic 식물에 대 한 변경 방지을 한 전체 회전 각 컨테이너를 회전 합니다.
  3. 무 겁 게 중간 기질과 컨테이너의 측면 사이의 접촉을 재건 하기 위하여 회전 직후 모든 냄비 또는 microcosms 물.

6. CMNs 걸쳐 미네랄 영양소 움직임의 추적

  1. 이웃 식물 거 름 0.5 15N 농축 알 것3 , NH4Cl.
  2. 동일한 농도의 14N 비료와 대상 개인 옥

7. 모니터링 및 실험의 유지 보수

  1. 정기적으로 (적어도 매달) 다시 실험의 과정을 통해 냄비 또는 microcosms의 위치 무작위.
  2. 매주 성장, 높이 등을 측정 또는 긴 식물 루트-바운드 되기 전에 수확 하는 것이 중요 하다 때문에 느리게, 성장 시작 될 때 모니터링 (잔디)에 대 한 길이 잎.

8입니다. 실험의 수확

  1. 모든 지상 조직 클립 및 그들의 치료, 냄비 또는 소 우주, 및 위치를 식별 하는 레이블이 지정 된 봉투에 개별 공장 장소.
  2. 일정 무게를 60 ° C에서 지상 조직을 건조. 각 식물 조직의 건조 무게를 측정 합니다.
  3. 컨테이너를 추출 하 고 뿌리를 수확 하기 전에 건조 토양을 허용 합니다.
  4. 섬세 하 게 루트 시스템에서 가능한 많은 토양 고 냄비의 물 또는 250 미크론 기 공 크기의 체에 물 부드러운 스트림을 아래에 그들을 씻어 브러시.
  5. 건조 하 고 전체 루트 시스템 무게를 뿌리를 허용 합니다.
  6. 무작정 루트 시스템을 클립 하 고 50% 에탄올에 루트 파편을 저장 합니다. 그들은33묻은 게 있다, 후이 파편을 사용 하 여 눈금선 교차 방법34를 사용 하 여 루트 식민의 정량화에 대 한.
  7. 그리고 다시 나머지 루트 시스템 무게 건조 중량의 평가 대 한 60 ° C에서 건조 레이블이 종이 봉투에 보관. 다음 수식을 사용 하 여 전체 루트 시스템의 무게를 계산.

Equation 1

9. 미네랄 영양소 및 안정 동위 원소 분석

  1. 순위-주문 후 그들이 무게에 의해 조직 수량 결정 미네랄 영양소를 소화에 대 한 최소 요구 사항에 대 한 너무 낮은 경우 "deciles" 또는 10 그룹, "octiles" 또는 8 그룹, "quartiles" 또는 4 개의 그룹, 등으로 바이오 매스로 묘를 그룹화 농도입니다.
  2. 미네랄 영양소 및 안정 동위 원소 분석 (자료 테이블)에 대 한 계약 연구소 잎 샘플을 보냅니다.
    1. 다음과 같은 관례 식을 사용 하 여 동위 원소 풍부를 설명 합니다.
      Equation 1
      R 15N을 나타냅니다 /14N 비율 또는 대기 N.는 표준 샘플의
    2. 사용은 비-수정 배경 15N 비율 절단 15대상 식물에 의해 채택 하는 N의 양을 측정 하는 경우 다음 질량 균형 방정식에 대 한 제어로 고체 컨테이너 처리 또는 그대로 CMN 치료:
      Equation 1
      여기서 δ15N 대상, 이웃, 및 아무 CMN 치료, 대상 식물의 동위 원소 풍부를 나타내고 x (소수로) % 질소 레이블 추가 되었습니다 이웃 컨테이너에서 대상 식물에 의해 얻은. Δ15값 N이웃 각 대상 식물의 합성 이웃에 대 한 얻을 수 있습니다.

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Representative Results

CMNs 영양소 분할을 통해 플랜트 성능 영향을 미칠 수 어떻게 결정, 우리는 Andropogon gerardii Vitman, 6 동등 하 게 간격 둔된 이웃 및 손상, 절단, 대상 식물 실험에서 지배적인 대초원 잔디, 또는 아무 CMNs 성장 했다. 우리는 발견 severing CMNs 방지 또는 감소 목표의 지상 건조 무게 (그림 2), 그대로 CMNs 식물 성장을 승진 제안. 잘린된 CMNs와 방해 CMNs 식물 반응 특히 CMNs의 영향을 완화에 일주일에 한 번 컨테이너의 회전 되었는지 하는 것을 건의 하는 그들의 치료와 유사 하 게. 그러나 잘린된 CMN 치료,, 있을 수 있습니다 제어로 선호 나일론 메쉬 (이이 실험에서 소수 성 막에 의해 overlain) 손상과 절단 치료에서 (회전 슬롯된 컨테이너의 토양 등 물 역학 영향을 미칠 수 있기 때문에 또는 안) 비 수정 용기에 그 보다 더 신속 하 게 건조.

경쟁, 성장 한 개인의 다른 개인, 근처의 성장을 억제 그대로 CMN 치료는 절단 또는 아무 CMNs 치료에만 검색 되었습니다. 우리는 대상 않았다만 CMNs 했다 그대로 발견 하 고 선형 회귀 (그림 3)에 의해 증명으로 요약된 이웃 크기 부정적인 관계를가지고. 절단 하 고 아무 CMNs 치료, 서로 차이가 없 고 함께, 그들의 슬로프 차이가 없 크게 0에서. 따라서, 그들은 그대로 CMNs 치료 (그림 3)의 부정적인 사면에서 크게 달랐다. 또한, 우리는 Gini 계수, 그 범위는 0에서 하나를 0에서 크기 불평등의 측정 치료법 중 달랐다는 완벽 하 게 동일한 크기 분포 반영 발견. 그대로 CMNs 치료가 했다 큰 불평등10,,3536. 큰 개인 지배 자원 수집, 그로 인하여 disproportionally 작은 개인으로도 알려진 비대칭 경쟁37 의 성장을 억제 하는 경우에 특히 크기 불평등, 인구 내의 경쟁에 의해 영향을 받습니다. , 38.

미네랄 영양소 성장을 제한 했다 그리고 CMNs에 기여 하는 경우 식물 크기에 비해 미네랄 영양소 잎 조직 농도의 비교를 통해 결정 했다 그 양분을 위한 경쟁을 강화. 모든 미네랄 영양소 평가, 우리가 발견만 미네소타 잎 조직 농도 슬로프 중 큰 차이 없이 모든 치료를 통해 대상 식물 지상 건조 무게와 긍정적으로 관련 되었다 미네소타를 제한 할 수 있습니다 제안 모든 치료 (그림 4) 가운데 성장. 그럼에도 불구 하 고, 치료 중 평균 농도에 차이 것이 좋습니다, 회귀 라인도 CMN severing 및 예방에 의해 영향을 받았다. 잎 N 농도 했다 CMN 치료에 의해 크게 영향을 받지 않습니다 하지만 N 농도와 크게 감소 aboveground 잠재력 '희석 ' 효과 식물 크기의 조직 N39, 제안 대상 식물의 무게를 건조 40. 따라서 N 아니었다 가능성이 우리의 실험에 성장을 제한 하는 미네랄 영양소. 다른 유사한 실험에서 잎 P CMN 치료에 의해 크게 영향을 했지만 공장 그대로 CMNs35와 식물 크기에 비해 희석 효과 보여 의미 합니다.

CMNs는 차동 상호 개인 중 미네랄 영양소를 분할 하는 경우 검사, 우리 15N 식물 크기 대 잎 조직에 대 한 대상 식물 조직 평가. 우리 이웃의 컨테이너에만 15N 레이블을 추가 했다. 우리는 그대로 CMNs 대상 식물 모두 다른 치료는 (그림 5A) 서로 다 하지 않았다에 비해 높은 15N 농도 했다 발견. 그대로 CMNs 했다 절단된 CMNs의 강력 하 게 긍정적인, 크게 다른 사면 대상 지상 건조 중량은 그대로 고 잘린 CMNs 치료를 통해 이웃 컨테이너에서 얻은 질소 금액과 관련, 치료 (그림 5B)입니다. 이러한 결과 풍부한 photosynthate, 잠재적으로 큰 식물 CMNs에서 보다 작은 대상 개인 컨테이너를 주변에 도달 더 많은 15N를 얻은 것이 좋습니다. 우리의 결과 또한 소수 성 막을 성공적으로 무료 워터 (및 후속 15N) 방지 제안 냄비 안에서 이동.

다른 회전 코어 대상 공장 실험에 큰 냄비 내에 포함 된 큰 모 종 컨테이너에서 구아바 (Psidium guajava) 나무 묘 목 재배와 같은 상대적으로 영양분이 풍부한 토양으로 가득 차 있었다 (를 포함 하 여 큰 냄비) 모두 혼합물입니다. CMNs는 이웃의 부재에 회전에 의해 절단 했다 때 식물 성장을 크게 고체 용기, 제안 하는 회전된 식물 단순히 감소 했다 액세스 큰 남 비 (그림 6의 전체 토양 볼륨 내에서 식물으로 동일한 크기를 감소 ). 대상 식물 이웃의 수를 했다, 유사한 크기, 식물 크기 감소 그리고 CMNs severing의 어떤 통계적으로 감지 효과 사라졌다 (그림 6).

PVC 파이프로 만든 회전 코어를 사용 하 여 필드 실험, 우리 중 하나 Soapberry (Sapindus saponaria L.) 묘 목 (그림 7)와 현장 실험에서 플랜트 성능에 extraradical 균의 영향을 조사. 파이프 넘어 extraradical 균 13 개월 실험 기간 동안 식물 성장에 소 효과가 있었다, 비록 잎 N, P, 실질적으로 (25% 이상으로) Cu 농도 감소 파이프의 회전에 의해 그것을 severing.

Figure 1
그림 1입니다. 컨테이너의 설정을 그대로, 절단, 실험 또는 제어 트리 트 먼 트 (A), 대상 식물 남 비 (B), 또는 6 각형 (C) 또는 사각형 (D) 레이아웃 컨테이너의 microcosms 실험. 수정 된 컨테이너에 어두운 타원형 반점은 (A)에 침투 하는 곰 팡이 균에 대 한 40 µ m 나일론 메쉬 덮여 컨테이너에 개방. 일반적인 mycorrhizal 네트워크 컨테이너의 아무 회전 그대로 남아, 회전 하 여 절단 또는 단단한 플라스틱 용기 (A)와 함께 설정 수 없습니다. 대상 식물 냄비 실험에서 컨테이너 그들 (B)을 배치 하는 거품 아래에 배치할 수 있습니다. 소 우주 실험에 대 한 하단의 수 여 누워 밖으로 (C), 등거리, '대상' 개별 이웃 가장 가까운 6 각형 배열 또는 사각형 배열 4 명의 가장 가까운 이웃과 다른 4, 약간 더 먼, 대각선 각 '대상' (D)에 대 한 이웃. 패널 B Weremijewicz 외.10에서 수정 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 2
그림 2입니다. 의미 (± SE) 지상 및 belowground 일반적인 mycorrhizal 네트워크 치료 중 대상 Andropogon gerardii 개인의 무게 (g)을 건조. 지상 건조 무게는 abscissa 위에 양수 값으로 표시 됩니다 및 belowground 건조 무게는 양수는 abscissa 아래. 지상 건조 중량 바 같은 편지에 의해 topped Tukey의 상당한 차이 솔직히 포스트-특별 검사에 의해 차이가 없습니다 ɑ = 0.05. Belowground 건조 중량과 치료법 중 다 하지 않았다 따라서, 편지에 의해 돌파 하지는. 이 그림은 Weremijewicz 외.10에서 수정 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 3
그림 3. Andropogon gerardii 식물에 대 한 대상 식물 지상 건조 중량 (g) 대 총 이웃 (g). 그대로 일반적인 mycorrhizal 네트워크 (CMNs)와 식물 표시 됩니다 어두운 삼각형 및 실선, 회색 사각형 및 파선, 절단된 CMNs와 아무 CMNs 화이트 다이아몬드와 점선. 이 그림은 Weremijewicz 외.10에서 수정 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 4
그림 4입니다. 잎 망간 농도 대 지상 건조 무게 (g)를 대상 (µg·g-1) Andropogon gerardii의. 식물 그대로 일반적인 mycorrhizal 네트워크 (CMNs)으로 표시 됩니다 어두운 삼각형 및 실선, 회색 사각형 및 파선, 절단된 CMNs와 아무 CMN 화이트 다이아몬드와 점선으로. 이 그림은 Weremijewicz 외.10에서 수정 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 5
그림 5입니다. Δ15N (‰) ± SE 대상 Andropogon gerardii 개인 (A)의 그대로 일반적인 mycorrhizal 네트워크 (CMNs; 검은 막대)와 절단 CMNs (회색 막대), 그리고 아무 CMN (흰색 막대)와 가진 식물 이웃 컨테이너 토양에서 얻은 % 질소 그대로 CMNs 주변 일 (삼각형) 또는 그늘 (회색 사각형) 대상 지상 건조 중량 (g; 대 B). 바 패널 A에에서 동일한 편지에 의해 topped Tukey의 상당한 차이 솔직히 포스트-특별 검사에 의해 차이가 없습니다 ɑ = 0.05. 이러한 수치는 Weremijewicz 외.10에서 수정 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 6
그림 6입니다. 의미 (± SE) 지상 및 belowground 일반적인 mycorrhizal 네트워크 (CMNs)와 이웃 치료 대상 Psidium guajava 개인의 무게 (g)을 건조. Abscissa, 따라는 이웃 치료 "0N", "1N,"에 의해 한 이웃 표현 등, 동안 아무 CMNs (접종된 고체 컨테이너와 아무 이웃)와 제어 치료 빛 음영 및 편지 "C"로 표시 됩니다. 그대로 CMNs 식물의 바이오 매스 고체 바, 그 잘린된 CMNs hachured는 하는 동안 표시 됩니다. 지상 건조 무게는 abscissa 위에 양수 값으로 표시 됩니다 그리고 belowground 건조 무게는 abscissa 아래 양수. 동일한 편지에 의해 topped 바 Tukey의 상당한 차이 솔직히 포스트-특별 검사에 의해 차이가 없습니다 ɑ = 0.05. 지상 및 belowground 제어 치료의 건조 중량만 비교 되었다 손상과 절단 CMN 치료 (그리스 편지에 의해 표시 된) 아무 이웃 컨트롤 치료에 추가 요인으로 이웃을 포함 하지 않았다 때문에. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 7
그림 7입니다. 필드 실험 (A) 및 대표 13 개월 된 회전된 코어 메서드의 확장 그대로 함께 Sapindus saponaria L. 묘 (회전 되지 않습니다) (회전된) 일반적인 mycorrhizal 네트워크 (B)를 절단 하 고. 폴 리 염화 비닐 파이프 (9 cm 직경 x 20 cm 높이) 2 개의 반대 쌍에서 4 개의 5.3 cm 직경 구멍을 구멍 톱으로 교 련된 했다. 구멍 30 µ m 모와 나일론 실크 스크린 메쉬 덮여 있었다는 extraradical 균 사체를 통해에서 심기 사이트 (A)에서 흙으로 가득 차 있었다 코어로 확장할 수. 일반적인 mycorrhizal 네트워크 그대로 또는 대형 파이프 렌치를 사용 하 여 회전 하 여 절단을 유지 했다. 위치 회전 및 비 회전 코어 (약 20 c m 간격) 표시 된 플래그에 의해 모든 2 m 5 transects 열매 과수원 (A)에 있는 실험 작에. N, P, Cu 통풍 관을 감소 하는 extraradical 균의 파괴의 증거는 "회전" B에 표시 된 레이블이 chlorotic 식물에 의해 표시 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

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Discussion

우리의 결과 우리의 회전된 핵심 방법은 크게 belowground 식물 상호 작용에서 CMNs의 역할에 집중할 수 있습니다 단언. 그러나 변경 하는 경우는 CMN 효과 감지 하는 능력에 영향을 미칠 가능성이 프로토콜,, 몇 가지 중요 한 단계가 있습니다. 양분 가난한 매체와 중간 지역 주변 컨테이너를 채우기 위해 중요 하다. 구아바 나무 묘 목과 우리의 실패, 회전 코어 대상 식물 실험에서 대상 성장, 이웃의 여러 존재의 표시 감소 했지만 belowground 경쟁에 CMNs의 아무 효과 했다 아마 때문에 검출 냄비에 걸쳐 무기물 양분 가용성입니다. 반면, 회전된 코어 사이의 양분 가난한 매체의 사용 균 자주 가득 뿌리와 균 (특히 작업을 할 때 루트 집약적인 잔디) 컨테이너를 이웃으로 도달 한다 보장 합니다. Extraradical 균 이웃 용기에 따라서 루트 시스템을 가진 직접적인 경쟁에 고 같은 '패치'는 CMN에 연결 하는 식물 중에서 취득 하는 미네랄 영양소를 분할 해야 합니다. 또 다른 중요 한 구성 요소 belowground 상호 작용을 감지 만들기 지상 경쟁을 방지 하는 것입니다. 우리의 구아바 실험 밝혀 추가 토양 볼륨에 액세스할 때 대상 식물 했다 아무 이웃 분명의 효과 대상 묘 했다 이웃 사람에 의해 음영 처리 하는 경우에 기본적으로 탈락 했다. 주로 수직으로 자라는 잔디를 사용 하 여 또는 중복을 방지 하기 위해 모 종 잎 크라운 제약 지상 상호 작용을 완화에 도움이 될.

대신 다소 경직 된 컨테이너를 사용 하 여 메쉬 가방, 회전 CMNs severing의 용이성과 긴 실험을 유지 하는 중요 한. CMN 실험에서 초기 시도가 CMNs 끊을 수 메쉬 가방 사이 칼을 당겨 하려고 뿐만 아니라 결과 손상 된 부 대는 뿌리 내 다 수 있습니다 하지만 또한 호의 토양의 통 기 통풍은 극적으로 향상 된 식물 성장의 결과 증가 하 듯 할 때 CMNs 절단 했다. 부드럽게 회전된 코어 접근 (덕분에 냄비 또는 축소판 하단에 지원 위치 구멍) 고정 위치에서 각 컨테이너 이동 하기 때문에 주변 기판 중단 및 잠재적인 폭 최소화 합니다. 그러나 그것은 절대적으로 중요 한, 철저 하 게 컨테이너를 컨테이너에 밀접 하 게 연결할 낮은 다 산, 중간 모래 기판 반환의 회전 후 냄비를 물.

제안 된 회전된 코어 메서드는 여러 가지 방법으로 다양 한 CMNs 및 extraradical 사체의 기능에 관한 질문에 대답을 수정할 수 있습니다. 예를 들어 호스트 식물 CMNs 제공 하에 사용할 수 있는 탄소의 양은 음영10으로 줄일 수 있습니다. 개별 컨테이너를 둘러싸 자 수정된 경종 프로텍터를 감싸 그늘 피복 탄소 CMNs10CMNs를 따라서, 15N 통풍 관 공급 감소에 성공적 이었다. 인구 구조 큰 microcosms (그림 1 c, D)에서 조사 하는 수 있습니다 또한, 각 개별, 회전 용기에 많은 식물을 구성. 단, 그 주의 해야 합니다 이렇게 할 때 pseudoreplication41 을 피하기 위해 중요 하다. 개별 식물은 가장 확실 하지 '복제' 소 우주에 있는 다른 식물의 독립 때문에. 대신, 전체 실험 단위 (냄비 또는 소 우주)은 우리가 분석의 분산 또는 선형 회귀를 실행 하기 전에 냄비 당 평균 또는 개 이웃 식물 크기를 사용 하는 이유는 복제입니다.

우리의 접근 루트 경쟁을 제외 하 고 그대로 CMNs의 영향 조사 분야 연구에 대 한 수정할 수 있습니다. 큰 구멍이 나일론 실크 스크린으로 덮여 있는 PVC 파이프 조각 대체 용기 여 메쉬, 회전된 코어 Soapberry 실험에서 가혹한 필드 조건을 견딜 수 있습니다. 그러나 마찬가지로 우리의 구아바 냄비 실험,, 잠재적인 CMNs severing의 효과 수 없습니다 구분할 수 단순히 미네랄 영양소 취득 될 수 있는 토양 볼륨 제한에서.

우리의 접근 방법 (식물 완전히 부족 mycorrhizas) 대신 지속적으로 상호 하지 mycorrhizal 식물 대 CMNs 걸쳐 상호 작용 하는 식물의 제어, 주의 깊은 비교를 제공 합니다. 따라서, 그것은 자연의 모방, 묘 목 등 오전 버섯 제품군의 사용 뿐만 아니라 CMNs 설립 합류. 최근 작품 오전 균 종 식물, 다른 품질 파트너 수 있습니다 그리고 오전 루트 시스템에는 곰 팡이의 두 번째 종류의 존재가 답례로 더 인을 제공 하는 '비협조적인' 곰 팡이 종을 일으킬 수 입증 했다 때 보다 탄소 루트 시스템42에 혼자. 또한, 종 균의 호스트, 가뭄 및 염 분 포용 력 또는 병원 체2보호 같은 공장 미네랄 영양소 취득 이외의 혜택을 제공할 수 있습니다. 이러한 결과 밑줄 버섯의 제품군을 사용 하 여 설정할 CMNs.의 리얼리즘에도 불구 하 고 하의 중요성, 우리의 접근 방법의 눈 한계 실험 기간 이다. 컨테이너 또는 PVC 파이프의 크기 식물 될 루트, 시간 길이 제한 하 고 따라서 묘 또는 젊은 묘에만 초점을 제한 하는 경향이 있다. 그럼에도 불구 하 고, 우리는 거기에 상당한 유연성 있는 대상과 이웃 중 하나 또는 모두 조작할 수 있습니다 CMNs의 역할을 이해 하는 방법의 다양 한 대상-공장 회전 코어 실험의 디자인을 제출 합니다.

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Disclosures

저자는 공개 없다.

Acknowledgments

우리는 그들의 제안에 대 한 두 명의 익명 검토자에 게 감사 하 고 싶습니다. 우리는 또한 수많은 학부생을 누가 냄비, microcosms, 건설 도움이 컨테이너를 슬롯 그리고 누가 유지 및 실험을 수확 도움을 감사 합니다. 우리 또한 감사 북쪽 중앙 대학 (JW)을 시작 자금 및 현재 시설 뿐만 아니라 애슐리 Wojciechowski 이러한 방법을 사용 하 여 실험을 지 원하는 북쪽 중앙 대학 리히터 부여를 얻기 위해. 이 작품의 일부는 국립 과학 재단 박사 논문 개선 그랜트 (뎁-1401677)에 의해 투자 되었다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Commercial tubular seedlings container (called 'containers' in the manuscript) Stuewe and Sons, Inc Ray Leach Cone-tainer ™ RLC3U
Course glass beads Industrial Supply, Inc. 12/20 sieve Size #1
Course silica sand Florida Silica Sand 6/20 50lb bags None
Fine glass beads Black Beauty Black Beauty FINE Crushed Glass Abrasive (50 lbs) BB-Glass-Fine
Hydrophobic membrane Gore-tex None None
Large commercial tubular seedling containers Stuewe and Sons, Inc. Deepot ™ D16L
Medium silica sand Florida Silica Sand 30/65 50 lb bags None
Nylon mesh Tube Lite Company, Inc. Silk screen LE7-380-34d PW YEL 60/62 SEFAR LE PECAP POLYESTER
Soil and foliar nutrient analysis facility Kansas State University Soil Testing Lab None None
Stable isotope core facility University of Miami None None

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References

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